Sensor-Health- and Belief-Aware Risk-Adaptive High-Order Control Barrier Function Safety Filtering for Dynamic Obstacle Avoidance

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作者
Yongsheng Ma,Guobao Zhang,Y J Huang
出处
期刊:Technologies (Basel) [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (5): 310-310
标识
DOI:10.3390/technologies14050310
摘要

Control-barrier-function-based safety filters are promising for autonomous driving, but most existing formulations treat obstacle perception as deterministic or account only for bounded ego state-estimation errors. This becomes limiting when obstacle existence, position, motion, and sensing quality vary online. We present a sensor-health- and belief-aware risk-adaptive high-order control barrier function (HOCBF) safety filter for dynamic obstacle avoidance. The method uses obstacle belief from a perception/tracking module, inflates residual obstacle uncertainty according to an object-wise sensor-health score, and converts upper-tail risk into adaptive HOCBF tightening through conditional value-at-risk (CVaR). Sensor health enters the controller through both covariance inflation and online CVaR confidence scheduling. The resulting quadratic program combines deterministic ego-error robustness with probabilistic perception uncertainty while minimally modifying the nominal control input. The zero-slack solution guarantees forward invariance of the risk-tightened safe set under the stated assumptions, whereas the slack-activated mode provides a quantified least-violation fallback rather than a strict safety guarantee. Simulations on a nonlinear 3-DOF bicycle model evaluate critical cut-in, sudden perception degradation, merge-bottleneck, fixed-CVaR, sensitivity, runtime-scaling, heterogeneous multi-obstacle, and heavy-tailed uncertainty cases.
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